RU2404923C1 - Composition for making thin film based on system of double oxides of zirconium and titanium - Google Patents
Composition for making thin film based on system of double oxides of zirconium and titanium Download PDFInfo
- Publication number
- RU2404923C1 RU2404923C1 RU2009116016/05A RU2009116016A RU2404923C1 RU 2404923 C1 RU2404923 C1 RU 2404923C1 RU 2009116016/05 A RU2009116016/05 A RU 2009116016/05A RU 2009116016 A RU2009116016 A RU 2009116016A RU 2404923 C1 RU2404923 C1 RU 2404923C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- zirconium
- composition
- film
- thin film
- titanium
- Prior art date
Links
Landscapes
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии получения тонкопленочных материалов на основе системы двойных оксидов, применяемых в быстро развивающихся областях электронной техники и светотехнической промышленности, строительной индустрии, в том числе в технологиях интегральных схем; в качестве коррозионно-стойких, декоративных, фильтрующих и перераспределяющих излучение покрытий.The invention relates to a technology for producing thin-film materials based on a double oxide system used in rapidly developing fields of electronic engineering and lighting industry, the construction industry, including integrated circuit technologies; as corrosion-resistant, decorative, filtering and redistributing radiation coatings.
Известен состав для получения пленки диоксида циркония (заявка на изобретение №93014629/33, 6 С04В 41/65, С04В 35/48, публ. 1995.06.09), используемый для нанесения покрытий на стекло. Состав для получения пленки диоксида циркония включает кристаллогидрат оксихлорида циркония и содержит 0,1…1 мас.% нитрата кобальта. Изобретение позволяет снизить энергопотребление и повысить производительность процесса нанесения покрытия на основу при толщине покрытия свыше 100 нм.A known composition for producing a film of zirconium dioxide (application for invention No. 93014629/33, 6 С04В 41/65, С04В 35/48, publ. 1995.06.09), used for coating glass. The composition for obtaining a film of zirconium dioxide includes crystalline zirconium oxychloride and contains 0.1 ... 1 wt.% Cobalt nitrate. The invention allows to reduce energy consumption and increase the productivity of the process of coating the base with a coating thickness of more than 100 nm.
К недостаткам известного состава следует отнести нестабильность свойств предлагаемых пленок с течением времени, что обусловлено структурными превращениями полиморфных модификаций диоксида циркония. Известен состав для получения тонкой пленки на основе системы двойных оксидов циркония и германия (патент РФ №2343118, C01G 25/02, C01G 17/02, публ. 10.01.09 г.), который включает приготовление пленкообразующего раствора из этилового спирта, кристаллогидрата оксохлорида циркония и тетрахлорида германия с последующем нанесением данного раствора на подложку и ступенчатую термообработку, при следующем соотношении компонентов, мас.%: оксохлорид циркония - 3,8-9,0; тетрахлорид германия - 3,0-7,1; этиловый спирт - остальное.The disadvantages of the known composition include the instability of the properties of the proposed films over time, due to structural transformations of polymorphic modifications of zirconium dioxide. A known composition for producing a thin film based on a system of double zirconium and germanium oxides (RF patent No. 2343118, C01G 25/02, C01G 17/02, publ. 10.01.09), which includes the preparation of a film-forming solution from ethanol, crystalline oxochloride hydrate zirconium and germanium tetrachloride with subsequent application of this solution to the substrate and stepwise heat treatment, in the following ratio of components, wt.%: zirconium oxochloride - 3.8-9.0; germanium tetrachloride - 3.0-7.1; ethyl alcohol - the rest.
К недостаткам известного состава следует отнести низкие значения показателя 1,97 предлагаемых пленок, что существенно снижает возможность их использования в качестве светоперераспределяющих покрытий.The disadvantages of the known composition include low values of 1.97 of the proposed films, which significantly reduces the possibility of their use as light-distributing coatings.
Известен состав для получения тонкой пленки на основе оксидов циркония и кремния (Р.В.Грязнов, Л.П.Борило, В.В.Козик, A.M.Шульпеков. Тонкие пленки на основе SiO2 и ZrO2, полученные из растворов // Неорганические материалы. 2001. Т.37. №7, С.828-831), выбранный в качестве прототипа. Пленкообразующие растворы готовят из тетраэтоксисилана, этилового спирта и кристаллогидрата оксохлорида циркония и наносят на подложки методом центрифугирования с последующей термообработкой до соответствующих оксидов в области концентраций от 0 до 100 мас.% диоксида циркония. Недостатком известного состава является низкие значения показателей преломления, что ухудшает свойства светоперераспределяющих покрытий, а также строго заданные концентрации оксидов кремния и циркония, обеспечивающие образование химического соединения в системе (67 мас.% диоксида циркония), усложняют воспроизводимость технологического процесса.A known composition for producing a thin film based on zirconium and silicon oxides (R.V. Gryaznov, L.P. Borilo, V.V. Kozik, AMShulpekov. Thin films based on SiO 2 and ZrO 2 obtained from solutions // Inorganic materials . 2001. T.37. No. 7, S.828-831), selected as a prototype. Film-forming solutions are prepared from tetraethoxysilane, ethyl alcohol and zirconium oxochloride crystalline hydrate and applied to the substrates by centrifugation followed by heat treatment to the corresponding oxides in the concentration range from 0 to 100 wt.% Zirconia. A disadvantage of the known composition is the low values of refractive indices, which impairs the properties of light-distributing coatings, as well as the strictly specified concentrations of silicon and zirconium oxides, which ensure the formation of a chemical compound in the system (67 wt.% Zirconium dioxide), complicate the reproducibility of the process.
Задачей заявляемого изобретения является разработка состава для получения тонкой пленки на основе системы двойных оксидов циркония и титана, приводящего к образованию химического соединения (цирконата титана), что обеспечивает стабильность структуры, физико-химических и целевых свойств в широком диапазоне концентраций, а также достижения высоких значений показателя преломления при использовании их в качестве перераспределяющих излучение покрытий.The objective of the invention is to develop a composition for producing a thin film based on a system of double zirconium and titanium oxides, leading to the formation of a chemical compound (titanium zirconate), which ensures the stability of the structure, physico-chemical and target properties in a wide range of concentrations, as well as achieving high values refractive index when used as redistributing radiation coatings.
Поставленная задача решается тем, что в составе для получения тонкой пленки на основе системы двойных оксидов, включающем приготовление пленкообразующего раствора на основе 96 мас.% этилового спирта, кристаллогидрата оксохлорида циркония и металлоорганического соединения на основе элемента IV группы Периодической системы с последующим нанесением на подложку и термообработкой, согласно изобретению в качестве металлоорганического соединения используют тетраэтоксититан при следующем соотношении компонентов, мас.%:The problem is solved in that in the composition for producing a thin film based on a double oxide system, including the preparation of a film-forming solution based on 96 wt.% Ethanol, crystalline zirconium hydroxide and organometallic compounds based on an element of group IV of the Periodic system, followed by applying to the substrate and by heat treatment, according to the invention, tetraethoxy titanium is used as the organometallic compound in the following ratio of components, wt.%:
Кристаллогидрат оксохлорида циркония - 6,68-10,02;Zirconium oxochloride crystalline hydrate - 6.68-10.02;
Тетраэтоксититан - 3,34-5,01;Tetraethoxy titanium - 3.34-5.01;
96 мас.% этиловый спирт - остальное.96 wt.% Ethyl alcohol - the rest.
Среди тонкопленочных материалов широкое применение находят пленки на основе диоксида циркония, полученные осаждением из пленкообразующих растворов (ПОР), однако применение пленок чистого диоксида циркония ограниченно. Это связано с полиморфными превращениями основных кристаллических модификаций. Для предотвращения объемных инверсий диоксид циркония стабилизируют введением структурно близкого к нему оксида титана, что приводит к образованию в пленке химического соединения титаната циркония (ZrTiO4) с орторомбической структурой. Наличие титаната циркония позволяет сохранять высокие и стабильные значения показателя преломления в пленках на основе системы двойных оксидов ZrO2-GeO2 в диапазоне концентраций от 40 до 60 мол.% TiO2 в течение длительного времени.Among thin-film materials, films based on zirconium dioxide obtained by deposition from film-forming solutions (POR) are widely used, but the use of films of pure zirconium dioxide is limited. This is due to polymorphic transformations of the main crystalline modifications. To prevent bulk inversions, zirconia is stabilized by the introduction of titanium oxide structurally close to it, which leads to the formation of a chemical compound of zirconium titanate (ZrTiO 4 ) with an orthorhombic structure in the film. The presence of zirconium titanate allows you to maintain high and stable values of the refractive index in films based on the ZrO 2 -GeO 2 binary oxide system in the concentration range from 40 to 60 mol% TiO 2 for a long time.
Для получения тонких пленок на основе системы двойных оксидов циркония и германия (ZrO2-TiO2) готовят пленкообразующий раствор, используя в качестве растворителя этиловый спирт 96 мас.%, предварительно перегнанный, и добавляют оксохлорид циркония в виде кристаллогидрата ZrOCl2·8H2O. При комнатной температуре ZrOCl2·8H2O растворяется в этиловом спирте при периодическом перемешивании в течение 1-3 часов в зависимости от концентрации оксохлорида циркония. Затем в пленкообразующий раствор добавляют тетраэтоксититан Ti(OC2H5)4. После созревания пленкообразующего раствора в течение 0,5-5 часов, в зависимости от концентрации оксохлорида циркония, его наносят методом центрифугирования на центрифуге MPW-340 со скоростью 3000-5000 об/мин на подложки из стекла, кварца и монокристаллического кремния, затем осуществляют ступенчатую термическую обработку до формирования оксидов в тонкой пленке.To obtain thin films based on the system of double zirconium and germanium oxides (ZrO 2 -TiO 2 ), a film-forming solution is prepared using 96 wt% ethyl alcohol preliminarily distilled, and zirconium oxochloride is added in the form of ZrOCl 2 · 8H 2 O crystalline hydrate At room temperature, ZrOCl 2 · 8H 2 O is dissolved in ethanol with periodic stirring for 1-3 hours, depending on the concentration of zirconium oxochloride. Then, tetraethoxy titanium Ti (OC 2 H 5 ) 4 is added to the film-forming solution. After maturation of the film-forming solution for 0.5-5 hours, depending on the concentration of zirconium oxochloride, it is applied by centrifugation on a MPW-340 centrifuge at a speed of 3000-5000 rpm on substrates of glass, quartz and single-crystal silicon, then stepwise heat treatment to form oxides in a thin film.
Наиболее приемлемой температурой для хранения ПОР следует считать температуру в пределах 22-25°С, в течение 2-6 месяцев, в зависимости от концентрации оксохлорида циркония.The most acceptable temperature for the storage of POR should be considered a temperature in the range of 22-25 ° C, for 2-6 months, depending on the concentration of zirconium oxochloride.
Для приготовления растворов используют посуду второго класса точности.For the preparation of solutions using dishes of the second accuracy class.
Ниже приведены примеры, иллюстрирующие изобретение.The following are examples illustrating the invention.
Пример 1Example 1
Для приготовления 100 мл пленкообразующего раствора необходимо взять 10,02 г кристаллогидрата оксохлорида циркония и растворить его в 70 мл 96 мас.% этилового спирта, затем добавить 3,60 мл тетраэтоксититана с плотностью 1,08 г/см3 и довести до объема 100 мл этиловым спиртом. После созревания раствора в течение 24 часов ПОР наносят на кремневую подложку методом центрифугирования и подвергают ступенчатой термообработке при температурах 60°С в течение 20 мин и при температурах 800°С в течение 1 часа, при этом получается тонкая пленка состава 40 мол.% TiO2 и 70 мол.% ZrO2 толщиной 75 нм.To prepare 100 ml of a film-forming solution, it is necessary to take 10.02 g of zirconium oxochloride crystalline hydrate and dissolve it in 70 ml of 96 wt.% Ethanol, then add 3.60 ml of tetraethoxy titanium with a density of 1.08 g / cm 3 and bring to a volume of 100 ml ethyl alcohol. After the solution has matured for 24 hours, POR is applied to the silicon substrate by centrifugation and subjected to stepwise heat treatment at 60 ° C for 20 min and at 800 ° C for 1 hour, and a thin film of 40 mol% TiO 2 is obtained and 70 mol.% ZrO 2 75 nm thick.
Пример 2Example 2
Для приготовления 100 мл пленкообразующего раствора необходимо взять 8,35 г кристаллогидрата оксохлорида циркония и растворить его в 70 мл 96 мас.% этилового спирта, затем добавить 4,50 мл тетраэтоксититана с плотностью 1,08 г/см3 и довести до объема 100 мл этиловым спиртом. После созревания раствора в течение 24 часов ПОР наносят на кремневую подложку методом центрифугирования и подвергают ступенчатой термообработке при температурах 60°С в течение 20 мин и при температурах 800°С в течение 1 часа, при этом получается тонкая пленка состава 50 мол.% TiO2 и 50 мол.% ZrO2 толщиной 73 нм.To prepare 100 ml of a film-forming solution, it is necessary to take 8.35 g of zirconium oxochloride crystalline hydrate and dissolve it in 70 ml of 96 wt.% Ethanol, then add 4.50 ml of tetraethoxy titanium with a density of 1.08 g / cm 3 and bring to a volume of 100 ml ethyl alcohol. After the solution has matured for 24 hours, POR is applied to the silicon substrate by centrifugation and subjected to stepwise heat treatment at 60 ° C for 20 min and at 800 ° C for 1 hour, and a thin film of 50 mol% TiO 2 is obtained and 50 mol.% ZrO 2 73 nm thick.
Пример 3Example 3
Для приготовления 100 мл пленкообразующего раствора необходимо взять 6,68 г кристаллогидрата оксохлорида циркония и растворить его в 70 мл 96 мас.% этилового спирта, затем добавить 5,41 мл тетраэтоксититана с плотностью 1,08 г/см3 и довести до объема 100 мл этиловым спиртом. После созревания раствора в течение 24 часов ПОР наносят на кремневую подложку методом центрифугирования и подвергают ступенчатой термообработке при температурах 60°С в течение 20 мин и при температурах 800°С в течение 1 часа, при этом получается тонкая пленка состава 60 мол.% TiO2 и 40 мол.% ZrO2 толщиной 68 нм.To prepare 100 ml of a film-forming solution, it is necessary to take 6.68 g of zirconium oxochloride crystalline hydrate and dissolve it in 70 ml of 96 wt.% Ethanol, then add 5.41 ml of tetraethoxy titanium with a density of 1.08 g / cm 3 and bring to a volume of 100 ml ethyl alcohol. After the solution has matured for 24 hours, POR is applied to the silicon substrate by centrifugation and subjected to stepwise heat treatment at 60 ° C for 20 min and at 800 ° C for 1 hour, and a thin film of 60 mol% TiO 2 is obtained and 40 mol.% ZrO 2 with a thickness of 68 nm.
В таблице приведены физико-химические свойства системы ZrO2-TiO2, в зависимости от состава исходных компонентов. Из полученных данных видно, что пленки состава от 40 до 60 мас.% содержания TiO2 имеют стабильные свойства, за счет образования в тонкой пленке химического соединения (титаната циркония ZrTiO4, с орторомбической структурой), по сравнению с составами, содержащими 30 и 70 мас.% TiO2. Высокие значения показателя преломления в полученных пленках позволяют использовать их в светоперераспределяющих, защитных, энергосберегающих покрытиях, а также в качестве интерференционных фильтров в проекционной аппаратуре для предотвращения вредного теплового воздействия.The table shows the physicochemical properties of the ZrO 2 -TiO 2 system , depending on the composition of the starting components. From the obtained data it can be seen that films of composition from 40 to 60 wt.% TiO 2 content have stable properties due to the formation of a chemical compound (zirconium titanate ZrTiO 4 with an orthorhombic structure) in a thin film, compared with compositions containing 30 and 70 wt.% TiO 2 . High values of the refractive index in the obtained films allow their use in light-distributing, protective, energy-saving coatings, as well as interference filters in projection equipment to prevent harmful thermal effects.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009116016/05A RU2404923C1 (en) | 2009-04-27 | 2009-04-27 | Composition for making thin film based on system of double oxides of zirconium and titanium |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009116016/05A RU2404923C1 (en) | 2009-04-27 | 2009-04-27 | Composition for making thin film based on system of double oxides of zirconium and titanium |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2404923C1 true RU2404923C1 (en) | 2010-11-27 |
Family
ID=44057581
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009116016/05A RU2404923C1 (en) | 2009-04-27 | 2009-04-27 | Composition for making thin film based on system of double oxides of zirconium and titanium |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2404923C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2464106C1 (en) * | 2011-05-04 | 2012-10-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет" (ТГУ) | Method of producing metal high-porosity nano-sized coating |
RU2490074C1 (en) * | 2012-04-02 | 2013-08-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" | Method of producing high-porous coating on basis of double silicon and nickel oxides |
-
2009
- 2009-04-27 RU RU2009116016/05A patent/RU2404923C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
БОРИЛО Л.П. Синтез и физико-химические закономерности формирования золь-гель методом тонкопленочных и дисперсных наноматериалов оксидных систем элементов III-V групп. Автореферат. - Томск, 2003, с.29 с. КОЗИК В.В. и др. Тонкопленочные наносистемы на основе двойных оксидов циркония и германия. Известия Томского политехнического университета, 2006, т.309, № 5, с.64-67. * |
ГРЯЗНОВ Р.В. и др. Тонкие пленки на основе SiO 2 и ZrO 2 , полученные из растворов. Неорганические материалы, 2001, т.37, № 7, с.828-831. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2464106C1 (en) * | 2011-05-04 | 2012-10-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет" (ТГУ) | Method of producing metal high-porosity nano-sized coating |
RU2490074C1 (en) * | 2012-04-02 | 2013-08-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" | Method of producing high-porous coating on basis of double silicon and nickel oxides |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5234870A (en) | Zirconia sol and method for production thereof | |
US5219611A (en) | Preparing densified low porosity titania sol gel forms | |
Soo et al. | Elaboration and characterization of sol–gel derived ZrO2 thin films treated with hot water | |
EP0300579B1 (en) | Optical interference filter | |
US5260094A (en) | Preparing densified low porosity titania sol-gel forms | |
US5384294A (en) | Sol-gel derived lead oxide containing ceramics | |
RU2404923C1 (en) | Composition for making thin film based on system of double oxides of zirconium and titanium | |
JP2720959B2 (en) | Vapor deposition materials for the production of high refractive optical coatings. | |
JP2003533427A (en) | Improved coating binder | |
RU2343118C1 (en) | Composition for obtaining thin film based on system of double zirconium and germanium oxides | |
RU2411187C1 (en) | Composition for making thin films based on system of double oxides of zirconium and zinc | |
JPH06199528A (en) | Production of film and spherical fine particles of metal oxide glass | |
CN114411124B (en) | Method for preparing hafnium oxide film by chemical liquid phase deposition method | |
Kundu et al. | Alkoxide-derived amorphous ZrO2 coatings | |
JP2002121675A (en) | Mocvd deposition of ferroelectric thin film and dielectric thin film using mixed solvents | |
RU2599294C1 (en) | Method of producing thin-film coating | |
大矢豊 et al. | Microstructure of sol-gel ZnO thin films fabricated using ethanolamine and hydroxyketone modifiers | |
JP4329237B2 (en) | Method for producing solution for forming ferroelectric thin film and solution for forming ferroelectric thin film | |
JPH05323103A (en) | Optical element | |
Sakamoto et al. | Synthesis of Lead Barium Niobate Powders and Thin Films by the Sol‐Gel Method | |
RU2719580C1 (en) | Method of producing thin-film materials based on silicon, phosphorus, calcium and magnesium oxides | |
TW201020211A (en) | Preparation method for optical material containing silicon and titanium. | |
RU2502667C1 (en) | Composition based on complex oxides of zirconium, phosphorus and calcium for coating obtaining | |
JP3099568B2 (en) | Method for producing lead titanate thin film | |
RU2521643C1 (en) | Method of producing nanostructured metal oxide coatings |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180428 |